1 引言
從國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)上看，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)的自動(dòng)取料工作方式是必然的方向。為此，在大型取料機(jī)上增加HMI人機(jī)交互畫面和部分硬件設(shè)備。對(duì)控制系統(tǒng)硬件線路和PLC的程序加以改進(jìn)，便可以通過(guò)HMI進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、故障報(bào)警和屏幕操作，實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)取料功能，增強(qiáng)判斷和處理故障的能力，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提高作業(yè)效率。
2 取料機(jī)半自動(dòng)取料特點(diǎn)
生產(chǎn)中，操作人員將取料機(jī)手動(dòng)定位至料堆切入處，通過(guò)操作臺(tái)上的HMI人機(jī)界面設(shè)定取料數(shù)量、旋回區(qū)域和步進(jìn)距離，然后切換至半自動(dòng)取料模式，通過(guò)HMI半自動(dòng)取料啟動(dòng)按鈕，進(jìn)行自動(dòng)取料作業(yè)。首先由啟動(dòng)一側(cè)旋回區(qū)域自動(dòng)向另一側(cè)旋回取料，到達(dá)旋回區(qū)域的另一側(cè)后，走行自動(dòng)按設(shè)定值進(jìn)行寸動(dòng)，到達(dá)要求的寸動(dòng)距離后，作反向旋回運(yùn)轉(zhuǎn)，周而復(fù)始直到達(dá)到設(shè)定的取料數(shù)量。
3 系統(tǒng)組成
整個(gè)控制系統(tǒng)由一套機(jī)載 PLC和一臺(tái)XBT型觸摸屏組成。其中 PLC主機(jī)采用QUANTUM系列140CPU11303；主要模塊：1塊CRP-93X-00，1塊CRA-93X-00, 4塊DDI-841-00，2塊DAI-740-00， 2塊DRA-840-00，1塊AVI-030-00，1塊AVO-020-00；觸摸屏作為HMI人機(jī)界面，用作機(jī)器工作狀態(tài)顯示，報(bào)警信息的顯示、復(fù)位，參數(shù)的設(shè)置及調(diào)整等，組態(tài)軟件采用XBT-L1000。PLC主機(jī)采用ModBus工業(yè)通信協(xié)議與機(jī)載觸摸屏進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 系統(tǒng)總圖結(jié)構(gòu)圖（見圖1）
3.1 采用MODBUS通訊協(xié)議
HMI人機(jī)交互系統(tǒng)、PLC主站與分站之間的通訊方式、通訊協(xié)議和電氣要求多種多樣。有profibus、genis、rs232等。本系統(tǒng)將根據(jù)實(shí)際情況選用ModBus方式，充分滿足系統(tǒng)開發(fā)和運(yùn)行需要。
取料機(jī)是現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)大型設(shè)備，并且它的大車部分和旋臂部分來(lái)回頻繁旋轉(zhuǎn)，如果采用傳統(tǒng)的控制方案，勢(shì)必要鋪設(shè)大量的控制和信號(hào)電纜，浪費(fèi)大量的人力、物力，同時(shí)使系統(tǒng)復(fù)雜，而且大車部分和旋臂部分之間的電纜，由于旋轉(zhuǎn)頻繁還經(jīng)常扭斷，可靠性很差?？紤]到實(shí)際情況本系統(tǒng)采用可靠的ModBus工業(yè)通信協(xié)議，取料機(jī)控制室的PLC主機(jī)和分站，用1根RG6同軸電纜連接起來(lái)進(jìn)行通訊。這樣可以降低成本，同時(shí)提高系統(tǒng)的可靠性，使系統(tǒng)易于擴(kuò)展。
3.2智能檢測(cè)裝置
為提高設(shè)備性能以及實(shí)現(xiàn)機(jī)側(cè)半自動(dòng)取料的需要，在懸臂皮帶側(cè)增加一個(gè)皮帶打滑裝置，2個(gè)皮帶檢測(cè)跑偏裝置，金屬檢測(cè)裝置及一臺(tái)電子稱；在走行側(cè)安裝走行編碼器及編碼器接手，用于檢測(cè)取料機(jī)走行位置，在料場(chǎng)兩頭各增加一套走行極限保護(hù)裝置；旋回側(cè)安裝旋回編碼器及接手裝置；俯仰側(cè)增加俯仰編碼器及接手裝置；操作室增加機(jī)側(cè)手動(dòng)取料方式/機(jī)側(cè)半自動(dòng)取料方式切換開關(guān)，一套UPS及一臺(tái)施耐德觸摸屏作為HMI界面。所有電氣信號(hào)都將納入PLC設(shè)備和HMI作為控制和監(jiān)視使用。
4 軟件設(shè)計(jì)
4.1 PLC程序設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)采用Concept2.6軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，通過(guò)操作臺(tái)上的選擇開關(guān),可以選擇三種操作模式:手動(dòng)、聯(lián)動(dòng)、自動(dòng)。手動(dòng)模式為檢修作業(yè)模式，在這種模式下，操作人員通過(guò)操作臺(tái)的選擇開關(guān)、按鈕可以單獨(dú)運(yùn)行某臺(tái)設(shè)備，設(shè)備運(yùn)行條件比較簡(jiǎn)單，除了一些基本的電機(jī)電氣保護(hù)外，均不影響設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，如皮帶上的金檢、打滑、跑偏等均不影響皮帶的運(yùn)轉(zhuǎn)。
聯(lián)動(dòng)模式為正常作業(yè)時(shí)的取料模式，在這種模式下：皮帶新增了打滑、跑偏保護(hù)，作業(yè)時(shí)會(huì)造成皮帶停車。皮帶新增了金屬檢測(cè)保護(hù)，作業(yè)時(shí)金屬檢測(cè)保護(hù)會(huì)造成皮帶停車，操作人員必須撿出皮帶上的金屬后，在操作臺(tái)上復(fù)位方可重新啟動(dòng)。新增觸摸屏HMI上，操作人員可以看到設(shè)備的狀態(tài)指示、報(bào)警指示、位置指示（旋回角度、走行位置、俯仰高度等）。旋回速度的控制采用4~20MA的模擬量控制,左旋和右旋各分為6檔速度控制,操作人員通過(guò)旋回操作手柄的左旋、右旋、旋回減、旋回切控制回轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)速度及方向在HMI上均有指示。新增一套電子稱裝置，HMI上有瞬時(shí)流量和累計(jì)量指示。當(dāng)取料瞬時(shí)流量連續(xù)20s超過(guò)1200噸/小時(shí)，皮帶啟動(dòng)蜂鳴器會(huì)響。聯(lián)動(dòng)取料流程圖如圖2所示。
4.2組態(tài)軟件設(shè)計(jì)
采用XBT-L1000工控軟件編制，觸摸屏作為HMI人機(jī)界面，用作設(shè)備工作狀態(tài)顯示、報(bào)警信息顯示、參數(shù)設(shè)置、復(fù)位等。該監(jiān)控組態(tài)軟件的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。
?。?） 人機(jī)參數(shù)設(shè)置界面
控制、操作方便，能對(duì)系統(tǒng)被控設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，如啟停設(shè)備、在線設(shè)置系統(tǒng)的某些工藝參數(shù)等，參數(shù)設(shè)置畫面如圖4所示。
?。?） 實(shí)時(shí)畫面監(jiān)視功能
用圖形、數(shù)值實(shí)時(shí)地顯示現(xiàn)場(chǎng)被控設(shè)備的運(yùn)行情況以及狀態(tài)參數(shù)，使生產(chǎn)操作人員快速了解整個(gè)系統(tǒng)主要的設(shè)備運(yùn)行情況。
?。?）報(bào)警功能
當(dāng)參數(shù)超過(guò)設(shè)定范圍后或設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，可根據(jù)不同的需要發(fā)出不同等級(jí)的聲光報(bào)警，屏幕顯示報(bào)警信息，操作人員根據(jù)報(bào)警信息切換到相應(yīng)監(jiān)控畫面，可以立即排除故障。
5 結(jié)束語(yǔ)
該系統(tǒng)具有節(jié)約投資、維護(hù)方便、性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)踐證明本系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，操作簡(jiǎn)單方便。自投入使用后，其各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足了工藝設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了預(yù)期使用效果，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。